РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА ИЗ СТЕКОЛЬНЫХ СУСПНЕЗИЙ

Вопрос теплоизоляции жилых и промышленных зданий, трубопроводов и прочих строительных объектов в России сегодня стоит довольно остро. В нашей стране на отопление тратится в три раза больше энергии, чем в скандинавских странах [1]. Причиной тому является недостаточная тепловая изоляция агрегатов ТЭЦ, теплопроводов и самих отапливаемых объектов. Сегодня выбор теплоизоляционных материалов велик. Это – пенополиуретан, пенопласт, монтажные быстротвердеющие пены, газобетон, минераловолокнистые плиты, стекловата, керамзит и т. п. Но все они по тем или иным параметрам уступают пеностеклу. Например, минеральные волокна накапливают влагу и со временем слеживаются; полимерорганические утеплители за 7-15 лет теряют свои полезные свойства, к тому же они экологически и пожароопасны; газобетон адсорбирует влагу, обладает худшими, чем у пеностекла плотностными и тепловыми характеристиками [2,3].

Нами проведен цикл исследований, направленных на совершенствование технологии производства ячеистого стекла из стекольных суспензий.

Суть технологии заключается в следующем: в шаровой, либо планетарной мельнице осуществляется помол стеклобоя в жидкой среде при определенном режиме догрузок материала, позволяющем получить стекольную суспензию с полидисперсным зерновым составом. Средой для диспергирования служит вода, или водные растворы органических или кремнийорганических жидкостей. Полученная суспензия вырабатывается, в нее добавляется 1 – 2% мас. жидкого ПАВ. Поризация суспензии осуществляется путем интенсивного перемешивания композиции мешалками с определенной частотой врашения в заданный интервал времени. После поризации объем вспененной массы увеличивается в 2 – 4 раза по сравнению с объемом исходной суспензии. Полученная пенокомпозиция заливается в форму, где выдерживается до полного отверждения. Сырцовый пеноматериал извлекается из формы и подвергается термообработке в муфельной печи до остекловывания, а затем отжигается до комнатной температуры.

Идея такой технологии хороша тем, что для производства пеностекла теоретически можно использовать бой стекол различного химического состава, различия температурно-вязкостных характеристик которых не окажут существенного влияния на качество конечного продукта и режим термообработки вследствие значительного усреднения составов при диспергировании. Кроме того, при такой технологии можно получать изделия сложной формы без дополнительной механической обработки. Также во время обжига не происходит разрушения изделий, обусловленного разностью дилатометрических свойств металла форм и стекла.

В ходе проделанной работы была доказана возможность получения пеностекла так называемым «холодным» способом. Изучение доминирующих эксплуатационных свойств показало, что экспериментальные образцы не уступают, а иногда даже превосходят пеностекло, полученное по традиционному «горячему» способу.

Полученные образцы, в зависимости от режима вспенивания, имеют объемную массу от 130 до 430 кг/м³, прочность от 0,4 до 2,1 МПа, водопоглощение от 2 до 10% по объему. На сегодняшний день наиболее интересным по сочетанию эксплуатационных свойств можно считать экспериментальные образцы с плотностью 270 кг/м³ и прочностью 2,1 МПа (рис.1).

Рис. 1. Образец пеностекла полученного холодным вспениванием

(микрофотография, ×5,5)

Качество ячеистого стекла, получаемого по данному способу, зависит от комплекса технологических параметров. Кроме упомянутого выше режима вспенивания на характер и размер пор влияет количество жидкой фазы в суспензии. Для того, чтобы суспензия хорошо вспенивалась, сохраняла свой объем по окончании воздействия на нее мешалки и быстро схватывалась после заливки в форму, необходимо соблюдать определенное массовое соотношение «стекло:жидкость», определяющее технологическую вязкостную характеристику суспензии.

Чем больше жидкости, тем хуже вспененная суспензия сохраняет форму при затвердевании, тем дольше она твердеет и, тем меньшую прочность имеет сырцовый пеноматериал. Однако, при этом плотность пеностекла мало чувствительна к качеству вспенивания, т. к. при обжиге имеется обширная возможность дополнительного вспенивания за счет воды встроившейся в структуру сырца. Малое содержание жидкости в суспензии, дает возможность получать водно-стекольную пену, которая при твердении практически не изменяет свои форму и объем, и при определенном режиме обжига пеностекло получается сравнительно прочным. Но плотность изделия существенно зависит от режима вспенивания и хуже поддается доводке при обжиге.